Jukka Impola KARHUNTASSU-PUMPPUKUORMAIMEN 3D- MALLINTAMINEN JA SUUNNITTELU SOLID WORKS- OHJELMAN AVULLA

Jukka Impola KARHUNTASSU-PUMPPUKUORMAIMEN 3D- MALLINTAMINEN JA SUUNNITTELU SOLID WORKS- OHJELMAN AVULLA Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Toukokuu 2008

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Yksikkö Ylivieska, Amk Koulutusohjelma Kone- ja tuotantotekniikka Aika 13.5.2008 Tekijä/tekijät Jukka Impola Työn nimi Karhutassu pumppukuormaimen 3D mallintaminen SolidWorks ohjelman avulla Työn ohjaaja Heikki Salmela Sivumäärä 26+7 Työelämäohjaaja Sami Mustonen, Insinööri Opinnäytetyön tilaaja on Kartanokoneet Oy. Yritys sijaitsee Kalajoella. Opinnäytetyön aiheena oli 3D mallintaa Karhuntassu pumppukuormain Kartanokoneet Oy:lle. Tuotteesta on valmistettu kaksi erikokoista versiota: 150 millimetrinen ja 200 millimetrinen. Kummastakaan Karhuntassusta ei ollut osa- ja kokoonpanopiirustuksia lainkaan. Ne oli rakennettu kokemusten ja vajanaisten piirustusten perusteella. Tavoitteena oli luoda selkeät ja helposti luettavat 3D kuvat. Opinnäytetyössä mallinnettiin kaikki osat, kokoonpano- ja räjäytyskuvat sekä valmistuspiirustukset. Opinnäytetyöhön tehdyt ja luodut piirustukset, kokoonpanokuvat ja räjäytyskuvat tulevat tuotteen käyttöohjekirjaan. CE merkintä vaatii piirustukset tuotteen eri osista ja kokoonpanosta. Karhuntassu pumppukuormaimesta saatiin luotua kolmiulotteinen malli, räjäytyskuvat sekä piirustukset. Kuvista on helppo katsoa, miten tuote kasataan ja mihin kohtaan osat sijoitetaan, jolloin asiakas näkee helposti mitä vara osia hän tarvitsee. Asiasanat SolidWorks, 3D mallinnus, Karhuntassu

ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNI- VERSITY OF APPLIED SCIENCES Ylivieska, Polytechnic Date 13.5.2008 Author Jukka Impola Degree programme Machine- and produktiontechnique Name of thesis Karhuntasu-vacuum loader 3D model with SolidWorks Instructor Heikki Salmela Pages 26+7 Supervisor Sami Mustonen Engineer Kartanokoneet Ltd. located in Kalajoki ordered this final year thesis. The purpose was to create a 3D model of Karhuntassu -vacuum loader. There can be found two different size versions of Karhuntassu built either from 150 millimeter or 200 millimeter frame beams and none of those two were not any adequate drawings available. The manufacturing process was based on the experience and incomplete drawings. The aim was to create clear and easy-to-read 3D pictures by modeling all the parts, drawings, assembly drawings and parts explosion views. Drawings, assembly drawings and parts explosion views shall be placed in the manual required by the CE marking. All the mentioned pictures of Karhuntassu vacuum loader were successfully produced. Now it is easy to figure the part locations and how to assembly the whole product. Key words SolidWorks, 3D- model, Karhuntassu vacuum loader

SISÄLLYLUETTELO TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO...VIRHE. KIRJANMERKKIÄ EI OLE MÄÄRITETTY. 2 YRITYKSEN KUVAUS...VIRHE. KIRJANMERKKIÄ EI OLE MÄÄRITETTY. 2.1 KARTANOKONEET... VIRHE. KIRJANMERKKIÄ EI OLE MÄÄRITETTY. 2.2 TUOTTEET... VIRHE. KIRJANMERKKIÄ EI OLE MÄÄRITETTY. 2.3 KARHUTASSU-PUMPPUKUORMAINVIRHE. KIRJANMERKKIÄ EI OLE MÄÄRITETTY. 3 3D-MALLINTAMISEN EDUT JA HAITAT... 5 3.1 EDUT... 5 3.2 HAITAT... 6 4 3D-MALLINNUS... 8 4.1 OSAMALLINNUS... 9 4.2 KOKOONPANOMALLINNUS... 11 5 SOLIDWORKS... 13 5.1 OSAMALLINNUS... 13 5.2 KOKOONPANOMALLINNUS... 15 5.3 PIIRUSTUKSET... 18 6 KARHUNTASSU-PUMPPUKUORMAIMIEN MALLINNUS... 20 6.1 150MM JA 200MM OSIEN MALLINTAMINEN... 20 6.2 KOKOONPANO- JA RÄJÄYTYSKUVAN LUOMINEN... 22 6.3 PIIRUSTUKSIEN LUOMINEN... 24 7 YHTEENVETO... 25 LÄHTEET... 26 LIITTEET...

1 1 JOHDANTO Opinnäytetyön tavoitteena oli luoda 150mm ja 200mm Karhuntassuista selkeät ja helposti luettavat 3D-kuvat. Piirsin kaikki osa-, kokoonpano-, räjäytys- sekä piirustuskuvat SolidWorks ohjelman avulla. Kuvat tulivat karhuntassun huoltokirjaan sekä CE merkintä vaatii nämä kyseiset kuvat. Kumpikin karhuntassu oli tehty jo valmiiksi suunnittelun ja kokemusten perusteella. Piirustukset oli piirretty Auto- Cad ohjelman avulla. Ohjelma näyttää kuvat 2D kuvina. Ne eivät kuitenkaan sovi kovin hyvin kokoonpanokuvien ja räjäytyskuvien luontiin. 3D-kuvat ovat huomattavasti selkeämmät ja helpommin luettavat. Ne antavat tekijälle paljon selkeämmän kuvan kokonaisuudesta. Räjäytyskuvan yhteyteen on helppo luoda varaosaluettelo, josta löytyy tuotteen kaikki vara-osat ja niiden nimikkeet. 150mm:n runkopalkista rakennetussa Karhuntassusta oli valmiina kaikki osakuvat sekä kokoonpanokuva. 200mm:n runkopalkista oli vain kokoonpanokuva. Muutoksia oli luvassa valmistuksen nopeuttamisen ja helpottamisen vuoksi. Joitakin osia pyrittiin suunnittelemaan niin, että niitä voitaisiin käyttää molemmissa karhuntassuissa. Yrityksen aiemmista kuvista uupui mittoja todella paljon. Mielestäni aihe oli hyvin mielenkiintoinen ja sopiva minulle tiukan aikataulun vuoksi. Aihe kiinnosti minua hyvin paljon SolidWorks ohjelman vuoksi. Ohjelma oli minulle aivan uusi kokemus. Ohjelmaksi valittiin SolidWorks, koska se oli jo käytössä yrityksessä ja minulla oli mahdollisuus saada koulustamme siihen tarvittavat lisenssit käyttöoikeutta varten.

2 2 YRITYKSEN KUVAUS 2.1 Kartanokoneet Kartanokoneet Oy eli Karko on perustettu vuonna 1998 ja se sijaitsee Kalajoella. Yritys valmistaa raskaansarjan moduliperävaunuja. Tuotteet perustuvat korkeaan laatuun, oikea-aikaiseen toimitukseen, monikäyttöisyyteen sekä tehokkuuteen ja tuottavuuteen. Yrityksen toiminta alkoi jo vuonna 1989, silloin se keskittyi lypsykarjatalouteen, traktorikoneurakointiin ja maatalouden biokaasutoimintoihin. Traktoriurakoinnissa huomattiin suuria puutteita. Heikko kestävyys ja huono kuljetuskapasiteetti inspiroivat yritystä kehittämään perävaunuja aluksi omaan käyttöön ja käyttötarpeisiin sopivaksi. Vuonna 1998 se alkoi valmistaa perävaunuja alueen muille asiakkaille, heidän toivomusten mukaan vuoteen 2003 asti. Vuonna 2004 sen toiminta laajeni ja tuotteita alettiin markkinoida koko Suomeen. Vuoden 2008 alussa yritys laajeni ja osti kaksi uutta hallia. Tällä hetkellä yrityksessä on 10 työntekijää. (Kartanokoneet, 2008) 2.2 Tuotteet Vuoteen 2004 asti yritys valmisti keinutelinealustalle lava-, vilja-, rehu-, paalilavaja lietemoduleja. Lietemoduliin on saatavilla lisävarusteiksi: Vogelsang-letkulevitin, Bomec-kiekkomultain sekä Bomec-laahavannasmultain. Alustaa alettiin kehittää ja vuonna 2005 alusta malleja oli kolme erilaista J2, J3 ja J3P. Kaikissa alustoissa oli jousitus, kääntyvät akselit ja jousitettu vetoaisa. Näihin alustoihin oli saatavilla kaikki modulit. Ensimmäiset pakko-ohjautuvat alustamodulit tulivat valmiiksi vuon-

3 na 2006. Karhutassu-pumppukuormaimia on kaksi eri vaihtoehtoa 150mm ja 200mm. Ne tulivat markkinoille vuonna 2007. Kuivalantamodulit tulivat samana vuonna myyntiin. Tuotteita kehitetään koko ajan ja niistä pyritään tekemään mahdollisimman monipuolisia ja helppokäyttöisiä. (Kartanokoneet, 2008) 2. 3 Karhuntassu-pumppukuormain KUVA 1. Karhuntassu-pumppukuormain Opinnäytetyöni keskittyi Karhuntassu-pumppukuormaimeen. Niitä on kaksi eri kokoa: 150mm ja 200mm. Hydrauliikka pyritään tekemään kumpaankin Karhuntassupumppukuormaimeen asiakkaan toiveiden mukaan. Karhuntassua voi kuormittaa molemminpuolisesti ilman lisätoimenpiteitä. Alustaksi on vaihtoehtoina 2- tai 3- akselinen alusta. Voidaan soveltaa eri valmistajien vaunuihin tarpeen mukaan.

4 Lisävarusteina on kaivosyvyys 4000mm, työvalot sekä hydrauliikan eri sovellukset. (Kartanokoneet, 2008) TAULUKKO 1. Tekniset tiedot KK 150 KK 200 Teho 6000 l/min 10000 l/min Paino 970 kg 1080 kg Öljyntarve 60 l/180 bar 100 l/180 bar

5 3 3D- MALLINTAMISEN EDUT JA HAITAT 3.1 Edut 3D-mallintaminen on tuonut suunnitteluun ja erilaisten piirustuksien luomiseen aivan uuden vaihtoehdon yrityksille. Sillä tarkoitetaan erilaisten tuotteiden suunnittelua kolmiulotteisesti. Piirustukset antavat tekijälle huomattavasti selkeämmän kuvan tuotteesta. Ennen 3D-kuvia suunnittelijat käyttivät piirustusten luomiseen 2Dmallintamista. Se loi itse piirtäjälle kuvan mieleen, mutta tekijällä saattoi kestää kauan, että kuva alkoi hahmottua. 3D-mallintaminen helpottaa asiaa huomattavasti. Tekijä näkee heti millaisesta kappaleesta tai kokoonpanosta on kyse. Suunnittelijat voivat luoda prototyyppejä ja kokeilla toimivuutta tietokoneella ennen kuin yhtään tuotetta on valmistettu. Kappaleiden sopivuus nähdään heti. Räjäytyskuvat ja vara-osaluettelot on helppo liittää kuviin. Asiakkaat näkevät kuvista heti, mistä vara-osasta on kyse ja miten se vaihdetaan. Materiaalin ja raaka-aineen tarve on helppo laskea 3D-ohjelman avulla. 3D-suunnittelu on enemmän mallikeskeistä suunnittelua kuin 2D-mallintaminen. 2D-mallintaminen on piirustuskeskeistä, eikä kuvia ole aina helppo lukea. Varsinkin monimutkaiset piirustukset ovat huomattavasti vaikeampia ja niiden lukeminen on virhealttiimpaa kuin 3D-mallien lukeminen. 3D-malli on kolmiulotteinen päämalli, siitä syntyy kaikki 2D-kuvat, joista tehdään kuvan piirustukset. 3D-malli antaa tekijälle huomattavasti selkeämmän kuva tuotteesta kuin aikaisemmat 2Dpiirustukset. Kun 3D-mallia muutetaan, päivittyy muutos kaikkiin dokumentteihin, missä tuotetta käytetään. (Tuotteen 3D- CAD- suunnittelu, Timo Laakko, WSOY, 1998) 3D-mallien osat ja kokoonpanot voidaan siirtää suoraan piirustuksiin. Mitoitus ja osaluettelo voidaan lisätä haluttaessa hyvin yksinkertaisella toiminnolla. Huoltokir-

6 jaan ja asennusohjeisiin voidaan lisätä tarvittavat räjäytyskuvat 3D-mallista. Työntekijän on helppo katsoa missä järjestyksessä osat tulevat ja mihin ne sijoitetaan. Asiakas näkee vaivattomasti vara-osat ja niiden sijainnin. Kolmiulotteinen malli on hyvin tarkka ja luonnollisen näköinen kuvaus tuotteesta, saadaan 2D-geometria ja leikkauskuvannot helpommin oikein. (Tuotteen 3D- CAD- suunnittelu, Timo Laakko, WSOY, 1998) Kun valmistuneet osat ja kokoonpanot yhdistetään toisiinsa, niiden sopivuus ja onnistuneisuus selviää. Näin selviää kuinka hyvin osat ja kokoonpanot yhdistyvät toisiinsa. Virheet huomataan heti tuotteita yhdistäessä. Kappaleiden fyysisten rakenteiden ja yhteen sopivuuksien tarkastaminen päätteellä on helppoa ja niiden luominen yhtenäisiksi kokonaisuuksiksi luonnistuu kätevästi. 3D-kuvia voidaan muokata kokoonpanossa tai yksittäisen osan kuvakkeessa. Kun osaa tai kokoonpanoa on muokattu, päivittyy se kaikkiin paikkoihin automaattisesti. Muutoksia tarvitsee tehdä vain kerran ja niiden avulla voidaan luoda uudet piirustukset nopeasti ja vaivattomasti. (3D-mallintaminen suunnittelun apuvälineenä, Esa Tuhola & Kristiina Viitanen, Tammertekniikka, 2008) 3.2 Haitat 3D-mallintaminen vaatii huomattavasti enemmän aikaa kuin 2D-mallintaminen. Yksinkertaisten kuvien luonti on huomattavasti nopeampaa tehdä 2D:nä. 3D- ohjelmat vaativat tehokkaammat tietokoneet ja ohjelmien lisenssit ovat kalliimpia. Ohjelmat vaativat jatkuvaa koulutusta, uusien päivityksien sekä ohjelmien uudistuksien vuoksi. Näin ollen kustannukset nousevat. Yrityksen kannattaa laskea onko ohjelmalle todella käyttöä. Joskus 3D-mallinnusohjelman hankinta koetaan hyvin tarpeelliseksi, vaikka sille ei todellista käyttöä olekaan. Sen kannattavuus unohdetaan kokonaan. Monet pärjäi-

7 sivät 2D-ohjelmien avulla hyvin pitkälle. Järjestelmiä kannattaa vertailla ja miettiä onko 3D-ohjelmalla käyttöä, koska kustannukset saattavat nousta moninkertaiseksi, mutta todellisten tuottojen ja säästöjen osoittaminen on todella vaikeaa. (Tuotteen 3D- CAD- suunnittelu, Timo Laakko, WSOY, 1998) Haitoiksi 3D-mallista voidaan mainita, että sillä voidaan valita vain ne pinnat ja tasot, jotka mallista voidaan osoittaa. Malli täytyy pyöräyttää aina siihen asentoon, mitä pintaa tai tasoa halutaan muokata tai tarkastella. Tartuntoja ei voida tehdä pintojen eikä tasojen läpi. ( 3D-mallintaminen suunnittelun apuvälineenä, Esa Tuhola & Kristiina Viitanen, Tammertekniikka, 2008)

8 4 3D - MALLINNUS 3D-mallit ovat ulkoisesti samannäköisiä kuin ne ovat luonnossakin. 3D - mallinnusta on käytetty jo kauan, mutta se ei ole ollut niin yleistä kuin 2D - mallinnus. Aluksi käytettiin paljon rautalankamalleja. Ennen nykyisiä ohjelmia, saatettiin hahmottaa osia rautalangasta tai pahvista, jotta tekijän olisi helpompi alkaa työstää tuotetta. Nykyisin 3D-ohjelmissa käytetään rautalankatoimintoa. Tässä mallissa on näkyvissä vain ääriviivat. Pintamalleja käytetään jonkin verran. Se näyttää pinnat joista tuote koostuu. Niitä käytetään paljon valettavien ja pursotettavien tuotteiden suunnitteluun. Nykyään pyritään luomaan tilavuusmalleja, koska ne ovat luotettavampia ja laadukkaampia. Tilavuusmallit voidaan näyttää varjostettuna tai varjostamattomana. Kolmiulotteista tuotemallia voidaan käyttää huomattavasti piirustusta tehokkaammin hyödyksi useiden syiden johdosta, esimerkiksi tutkittaessa mekaanisen laitteen toimintaa. Tällöin mm. osien törmäykset toisiinsa saadaan helposti esille. Kolmiulotteisten kappaleiden avulla voidaan jäljittää myös mahdolliset kokoonpanoissa olevat virheet, jotka aiheuttaisivat osien yhteensopimattomuutta fyysisessä kokoonpanossa. Yhdestä ja samasta 3D -mallista generoidut piirustukset ovat itse asiassa kokoelmaikkunoista, joiden kautta mallia katsellaan. Siksi kaikki mallissa tapahtuneet muutokset päivittyvät automaattisesti piirustuksiin, joissa se esiintyy. (SolidWorks- tietokoneavusteinen suunnittelu, Esa Hietikko, Savonia- ammattikorkeakoulu, 2007) 3D-mallinuksessa osat, kokoonpanot ja kappaleet näyttävät täysin oikeilta ja luonnollisilta. Ohjelmat näyttävät kaikki kolmiulotteisena. Tuotteille luodaan kaikki samat fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet kuin ne todellisuudessakin ovat. Kaikki kappaleet luodaan kolmiulotteisessa avaruudessa x-, y-, ja z-koordinaattiakselista. Karkea luonnos piirretään 2D-piirustuksena, josta kappaletta aletaan muokata kolmiulotteiseksi. (3D - mallintaminen suunnittelun apuvälineenä, Esa Tuhola & Kristiina Viitanen, Tammertekniikka, 2008

9 KUVA 2. X-, y-, ja z-koordinaattiakseli 4.1 Osamallinnus Kappaleiden mallinnuksessa kannattaa miettiä ja hahmottaa osaa mielessään. Mistä osan mallinnus olisi järkevintä aloittaa ja kuinka siinä edetään. Osamallinnuksen tärkeimpiä strategioita ovat piirteiden luonti mallinnuksiin. Kohteen malli rakennetaan piirteistä. Aluksi luodaan peruspiirre, johon lisätään piirteitä yksi kerrallaan ja malli luonnistuu aihiosta osaksi. Mitoitukset kannattaa luoda heti, jotta piirteiden muodostama aihio olisi heti oikea. Piirteitä voidaan muuttaa myöhemmässäkin vaiheessa. Muutokset päivittyvät kaikkiin paikkoihin, missä kyseinen osa on käytössä. Kaikki piirteet tulevat näkyviin piirrepuuhun, josta löytyy kaikki osat ja kokoonpanot sekä niihin tehdyt työt. Kokoonpanon piirrepuussa näkyy kaikki osat, komponentit, osakokoonpanot, piirteet sekä kaikki mitoitus-, reuna ja pintaehdot. Niihin on helppo päästä käsiksi piirrepuun kautta. Piirrepuusta on helppo etsiä muokattava osa tai kokoonpano ja tehdä tarvittavat muutokset. Piirrepohjaisessa mallinnuksessa on käytetty useita luokiteltuja piirretyyppejä, kuten reiät, ulkonemat, urat ja taskut. (SolidWorks- tietokoneavusteinen suunnittelu, Esa Hietikko, Savonia- ammattikorkeakoulu, 2007)

10 KUVA 3. Kokoonpanon piirrepuu Piirteiden luomiseen valitaan käytettävä taso. Tasoja on kolme eri vaihtoehtoa: Front Plane, Top Plane ja Right Plane. Näistä tasoista valitaan tuotteelle sopiva, jonka jälkeen piirteitä voidaan alkaa luomaan. Kun haluttu tulos on saatu ja mitoitukset ovat kohdillaan, voidaan siirtyä seuraavaan vaiheeseen. Muut osaan kuuluvat piirteet lisätään peruspiirteeseen. Yleisimpiä käskyjä ovat pursotus (Extruded), leikkaus (Cut), pyörähdys (Revolved) ja reikä (Hole). Kappaleen kolmiulotteisen käskyn antamisen jälkeen, sille voidaan tehdä kaikki tarvittavat komennot, jotta siitä tulisi juuri oikean näköinen ja kokoinen.

11 4.2 Kokoonpanomallinnus Kokoonpanomallinnuksessa luodaan erilaisia tuotteita monista eri osista. Osat on yleensä luotu valmiiksi osamallinnuksessa, mutta osia voidaan tehdä myös kokoonpanomallinnuksessa. Tavoitteena on luoda toimiva ja selkeä kokoonpano, joka vastaa haluttua lopputulosta. Siinä määritellään ne osat, joista kokoonpanon halutaan koostuvan. Osat siirretään yksitellen kokoonpanoon. Kaikki osat siirretään pinta-, reuna- ja mitoitusehdoin oikeille paikoilleen. Kun kaikille osille on asetettu niiden vaativat ehdot, syntyy tuotteen kokoonpanokuva. Kokoonpanossa voi olla erillisiä osia tai alikokoonpanoja. Alikokoonpanossa taas voi olla yksittäisiä osia tai alikokoonpanoja, josta syntyy tuotteen tuoterakenne. Kaikki tuotteet, jotka sisältävät enemmän kuin yhden osan, ovat kokoonpanoja. Käyttötarkoituksesta määräytyy kokoonpanon luonne. Kokoonpanomallinnuksessa voidaan tehdä muutoksia jo valmiisiin osiin tai alikokopanoihin. Kun muutokset on tehty, se päivittyy kaikkiin niihin paikkoihin missä kyseistä osaa tai alikokoonpanoa on käytetty. Kokoonpanomallinnuksessa käytetään kolmea eri luontistrategiaa: Bottom-Up, Top-Down ja Hybrid. Kokoonpanossa voidaan näyttää kuinka tuote toimii. Tuotteelle voidaan luoda liikeratoja, jotka voidaan rajoittaa, jolloin tuote toimii samalla lailla kuin todellisuudessa. Bottom-Up tarkoittaa sitä, että etukäteen mallinnetut osat sijoitetaan paikoilleen kokoonpanoon. Osat on siis mallinnettu ennen kokoonpanovaihetta. Tämä sopii tilanteeseen, joissa käytetään yksinomaan standardiosia tai kun kokoonpanon suunnittelu tapahtuu tiimityönä. Top-Down tarkoittaa sitä, että osat rakennetaan kokoonpanosta käsin oikeille paikoilleen ilman, että niitä tarvitsee enää sen jälkeen sijoitella erikseen. Suurimpana etuna tässä on että kokoonpanon muut osat ovat näkyvissä ja niiden geometriaa voidaan käyttää hyväksi. Hybrid on kahden edellisen yhdistelmä ja siten kaikkein eniten käytetty. Osa osista voidaan mallintaa erikseen ja ne tuodaan kokoonpanoon standardiosien tapaan käyttäen Bottom-Up menetelmää. Kokoonpanosta käsin voidaan mallintaa osia, joissa hyödynnetään kokoonpanossa olevia osia. (SolidWorks- tietokoneavusteinen suunnittelu, Esa Hietikko, Savonia- ammattikorkeakoulu, 2007)

12 Kokoonpanomallinnuksessa on mahdollista luoda myös kokoonpanon piirustukset, räjäytyskuva sekä liittää vara-osa luettelo. Kokoonpanon piirustuksiin laitetaan yleensä vain päämitat, jotta sitä olisi mahdollisimman helppo lukea ja ymmärtää. Räjäytyskuva antaa tekijälle todella hyvän kuvan tuotteen kokoamisesta ja käsityksen missä järjestyksessä osat olisi hyvä liittää toisiinsa. Piirustuksiin liitetään monesti vara-osaluettelo, josta huoltomiehen sekä asiakkaan on helppo löytää rikki mennyt osa. Se selkeyttää huomattavasti oikean osan ostamista ja asentamista oikealle paikalle. Kokoonpanossa kannattaa miettiä hyvin tarkkaan, minkä osan valitsee ensimmäiseksi osaksi jos se muodostetaan aikaisemmin mallinnetuista osista. Osaksi kannattaa valita kokoonpanon keskeisin osa, koska muut osat liitetään kyseiseen osan ympärille erilaisin ehdoin. Ensimmäinen osa kiinnittyy kokoonpanoon automaattisesti paikoilleen, eikä osaa voida liikuttaa millään määräyksillä. (SolidWorkstietokoneavusteinen suunnittelu, Esa Hietikko, Savonia- ammattikorkeakoulu, 2007)

13 5 SOLIDWORKS SolidWorks on tällä hetkellä yksi Suomen suosituimmista 3D-mallinnusohjelmista ja sen käyttö laajenee koko ajan. Se on hyvin monipuolinen ja selkeä käyttää. Sillä voi luoda tuotantovalmiita piirustuksia. SolidWorksin helppokäyttöisten ja monipuolisten työkalujen avulla voidaan tarkastaa tuotteiden todellisuutta sekä sopivuutta käytännön olosuhteissa. Näin voidaan luoda erilaisia tuotteita, jotka erottuvat edukseen. Tuotteen laatu paranee ja kustannukset vähenevät. Ohjelmalla on nopeampi ja helpompi tapa luoda nykyaikaista tuotesuunnittelua. Yrityksestä voi tulla entistä menestyvämpi, paremman suunnittelun avulla. Ohjelmassa on lähes kaikki ominaisuudet, mitä tarkkojen tuotemallien suunnittelu ja piirtäminen vaatii. Ohjelman yhteensopivuus on todella hyvä muiden mallinnusohjelmien kanssa. Solid- Works:ssä on DWGeditor, mikä mahdollistaa 2D-kuvien lukemisen ja muokkaamisen. Se helpottaa siirtymistä 2D-suunnittelusta 3D-suunnitteluun. (SolidWorks, 2008) 5.1 Osamallinnus Osien mallintaminen aloitetaan SolidWorks- ohjelmassa file- valikosta new, jonka jälkeen valitaan Part komento. Tämän jälkeen valitaan haluttu taso (Plane) piirrepuusta ja luodaan uusi sketch valittuun tasoon. Ohjelmaan ilmestyy kaikki tarvittavat piirustustyökalut ohjelman yläosaan. Osien mallinnus aloitetaan kaksiulotteisessa ikkunassa. Sen vuoksi on hyvin tärkeää miettiä, mistä suunnasta piirtäminen on järkevintä aloittaa. Tämän jälkeen valitaan luonnostelutyökalu, jolla luodaan halutut piirteet. Yleisimpiä työkaluja ovat line, rectangle ja circle. Smart dimension on paljon käytetty työkalu, sillä mitoitus onnistuu todella helposti. Piirteen väri on normaalisti sininen, mutta jos se lähtee kuvan origosta tai on mitoitettu, se on musta. Jos mitoitus on sidottu muihin mittoihin, eikä sitä voida muuttaa, silloin

14 ohjelma huomauttaa, että kyseinen mitta on jo rajoitettu muilla mitoituksilla. Mitan voi jättää näkyviin, mutta sen väri on harmaa. Haluttujen piirteiden luomisen jälkeen valitaan komento exit sketch jolloin pääsee pois kaksiulotteisesta näkymästä. Seuraavaksi valitaan vasemmasta yläreunassa oleva features. Saadaan esiin erilaisia piirrepainikkeita, kuten pursotus, pyöräytys ja pyyhkäisy. Kappaleen muodosta riippuen valitaan oikeanlainen työkalu. Etruded boss/base painikkeella vasempaan reunaan ilmestyy ikkuna. Sinne voi laittaa kappaleen syvyyden ja pursotuksen suunnan. Enter näppäimellä hyväksytään komento tai painamalla oikein merkkiä ikkunasta. Tehtyjä muutoksia voi katsoa rotate painikkeella, jolla voi pyöritellä kappaletta haluttuun asentoon. Hiiren rullaa avuksi käyttäen voi kappaletta zoomata. Materiaalin voi valita piirrepuussa sijaitsevasta material- kohdasta. Väriä voi myös vaihtaa. Kappaleeseen voidaan lisätä piirteitä luomalla uusia sketchejä eri pinnoille. Niiden luominen tapahtuu samalla lailla kuin ensimmäisenkin. Aluksi piirretään kaksiulotteisesti, jonka jälkeen siirrytään kolmiulotteiseen kuvaan kuten alla olevasta kuvasta huomaa.. Valitaan tarvittavat työkalut ja annetaan oikeat arvot.

15 Kuva 4. Osamallinnusikkuna 5.2 Kokoonpanomallinnus Kokoonpanomallinnus aloitetaan file- ja assembly- komennolla. Kokoonpanossa kannattaa miettiä, minkä osan valitsee tuotteen keskeiseksi osaksi. Muut osat ja alikokoonpanot luodaan erilaisin rajoittein, reuna- ja mitoitusehdoin kyseisen kappaleen ympärille. Kun ensimmäinen osa on valittu, näytölle vasempaan reunaan ilmestyvästä ikkunasta valitaan browse ja tuodaan aiemmin tallennettu osa tai alikokoonpano ohjelmaan. Hiirellä liikuttaessa voidaan valita osalle haluttu paikka. Kun tämä toiminto on tehty, voidaan kokoonpanoon siirtää kaikki tarvittavat osat mielellään yksitellen, kokoonpanon kokoamisen selkeyden vuoksi. Valitaan työkaluksi insert components ja vasemmasta ikkunasta browse ja tuodaan uusi osa tai alikokoonpano ohjelmaan. Osat yhdistetään toisiinsa mate-työkalulla. Valitaan halutut pinnat ja kulmat osista tai alikokoonpanoista, jotka halutaan yhdistää. Vaihtoehtoina on coincident (yhdistää), parrallel (asettaa samansuuntaisesti) tai perpen-

16 dicular (suorakulmaan toisiinsa nähden). Ympyrät voidaan keskittää toisiinsa nähden (concentric) ja ympyrä voidaan asettaa tangenttiin suoraa pintaa kohden (tangent). Pintojen etäisyyttä voidaan säätää distance komennolla ja kulmaa angle painikkeella. Kun halutut toiminnot on tehty, hyväksytään muutokset. Näin toimitaan kaikkien osien tai alikokoonpanojen kanssa, kunnes lopputulos on se, mitä haluttiin. Valmis kokoonpano ja kaikki siihen liitetyt osat sekä alikokoonpanot näkyvät ohjelman ikkunassa kuten kuvasta 5 voidaan nähdä. Kuva 5. Kokoonpanoikkuna Jos kokoonpanossa on virheitä mitoituksissa, reunaehdoissa tai rajoituksissa, tulee piirrepuuhun huomautuskolmio sen osan tai alikokoonpanon kohdalle, missä ohjelma on havainnut virheen. Ohjelma huomauttaa heti jos on antamassa käskyä,

17 jota se ei voi toteuttaa. Kokoonpanon aikana voidaan tehdä yksittäisiin osiin muutoksia tarvittaessa ja muutokset päivittyvät kaikkiin paikkoihin missä osa on käytössä. Kokoonpanon avulla voidaan mallintaa valmiita ja esitellä suunnitteella olevia tuotteita. Kokoonpanossa on helppo luoda tuotteesta räjäytyskuva. Jos tuotteessa on paljon osia tai alikokoonpanoja, kannattaa tuote jakaa pienempiin räjäytyskuviin, niiden selkeyden vuoksi. Lopuksi yhdistetään kaikki pienemmät räjäytyskuvat toisiinsa. Tästä on esimerkkinä kuva 6. Räjäytyskuvan luominen aloitetaan valmiista kokoonpanosta. Valitaan työkaluksi exploded view. Valitaan haluttu osa, joka halutaan erottaa muista osista. Sen jälkeen näytölle tulee x-, y-, ja z-koordinaattiakseli, josta valitaan haluttu suunta, mihin osa siirretään. Vasempaan reunaan ilmestyvästä ikkunasta voidaan muuttaa suuntaa päinvastaiseksi reverse direktion- komennolla ja asettaa mitta (exploded distance), jonka osa liikkuu omasta paikastaan. Sitten painetaan apply- painiketta, jolla ohjelma näyttää tehdyn muutoksen. Don- painikkeella ohjelma hyväksyy ja tallentaa sen. Kun halutut osat on siirretty, voidaan räjäytyskuvaan vielä lisätä osien välille liitosviivat exploded line sketchtoiminnolla. Valitaan osien pinnat, jotka yhdistyvät toisiinsa kokoonpanossa. Niiden väliin syntyy katkoviiva, joka merkitsee osien yhteen liitosta.

18 Kuva 6. Räjäytysikkuna 5.3 Piirustukset Valitaan file valikosta new ja drawings (piirustukset). Näytölle ilmestyy Sheet format/size ikkuna, jossa valitaan piirustuksien malli ja sen koko valmiiksi annetuista vaihtoehdoista. Koko voidaan määrittää myös itse ikkunan alareunaan. Valitaan custom sheet size ja annetaan halutut mitat ja hyväksytään ok painikkeella. Hyväksymisen jälkeen ohjelman vasempaan laitaan ilmestyy ikkuna, josta valitaan browse ja aukaistaan haluttu osa tai kokoonpano, josta piirustukset halutaan luoda. Piirustukset voidaan luoda yksittäisistä osista ja kokoonpanoista. Hiirellä liikuttaessa voit valita piirustuksen pääkuvan paikan ja vahvistaa se hiiren vasemmalla näppäimellä. Ohjelma antaa hyväksymisen jälkeen automaattisesti osan tai ko-

19 koonpanon kaikki mahdolliset kuvat erikulmista hiiriä liikuttaessa ja ne voi hyväksyä piirustukseen hiiren vasenta nappia painamalla. Kun kaikki halutut kuvakulmat on asetettu piirustukseen, hyväksytään ne vasemman puoleisesta ikkunasta. Tämän jälkeen kuvat voidaan mitoittaa käsin smart dimension komennolla tai auto dimension komennolla automaattisesti. Smart dimension löytyy työkalurivistä ikkunan yläpuolelta ja auto dimension löytyy työkalurivin annotations alakomentona. Kuvasta 7 näkee piirustuksien kaikki eri profiilivaihtoehdot. Kuva 7. Piirustusikkuna (mitoitus poistettu julkisesta versiosta)

20 6 KARHUNTASSU - PUMPPUKUORMAIMIEN MALLINNUS Karhuntassu pumppukuormaimien 3D mallinnus tehtiin, koska yrityksellä ei ollut selkeitä ja helposti luettavia kuvia. Yritys halusi 3D kuvat huoltokirjaan ja CEmerkintä vaatii kunnolliset osa- ja kokoonpanokuvat. Kartanokoneet Oy:llä oli valmiina 2D kuvina kokoonpanopiirustukset sekä joitakin osapiirustuksia. Karhuntassu pumppukuormain oli rakennettu näiden piirustusten ja kokemusten perusteella. Tavoitteena oli luoda selkeät ja helposti luettavat osa-, kokoonpano- ja räjäytyskuvat sekä valmistuspiirustukset. Se helpottaisi työntekoa ja nopeuttaisi karhuntassujen kokoamista huomattavasti. 6.1 150mm ja 200mm osien mallintaminen Osien mallintamisen aloitin 150 millimetrisestä Karhuntassu pumppukuormaimen osista. Melkein kaikki 150mm osat oli mallinnettu AutoCad ohjelmalla 2D-kuviksi. Vain muutamia osapiirustuksia uupui. Tämä oli suurin syy, miksi aloitin 150mm mallintamisen ensimmäiseksi. En ollut käyttänyt aikaisemmin SolidWorks ohjelmaa. Oli huomattavasti helpompi alkaa työskennellä, kun oli valmiita 2D kuvia. Osapiirustuksia oli aluksi 43 kappaletta, mutta joitakin osia poistettiin kokokaan, koska osia jouduttiin muokkaamaan jonkin verran ja sen vuoksi turhat osat poistettiin. Uusia osia ja piirustuksia luotiin tarpeen mukaan, aina työn loppuvaiheeseen saakka. Lopullisessa versiossa on 46 osaa. 200 millimetrisen osien mallintaminen tuotti vaikeuksia jonkin verran. Ainut olemassa oleva piirustuskuva oli 2D kokoonpanokuva. Mittojen kanssa oli ongelmia. Mitat täytyi saada mitattua kokoonpanokuvasta. Sain mittoja myös sähköpostitse Kartanokoneet Oy:ltä. Lopullisessa versiossa oli 45 osaa. Melkein kaikki osat oli-

21 vat erilaisia kuin 150mm:n. Ainostaan kääntäjän kaikki osat olivat samanlaiset tai niistä muokattiin samanlaiset, jotta valmistaminen helpottuisi ja nopeutuisi (kuva 8). Osien mallintaminen sujuikin yllättävän hyvin, vaikka ohjelma oli aivan tuntematon minulle, eikä aikaisempia kokemuksia ollut. Asiaa helpotti huomattavasti Internetistä tilaamaani käyttö-ohjekirja. Siinä opetettiin hyvin ohjelman eri mallinnusvaihtoehdot. Aikaisemmat kokemukset samantapaisista ohjelmista olivat myös hyödyksi. Valmiiseen osaan uusien tasojen luominen ja niille mallintaminen tuotti aluksi ongelmia. Kuva 8. Kääntäjän kokoonpanokuva

22 6.2 Kokoonpano- ja räjäytyskuvan luominen Kokoonpanokuvat loin kolmessa eri vaiheessa niiden selkeyden vuoksi. Alikokoonpanoista kasasin yhden kokonaisen kokoonpanon, jossa kyseiset alikokoonpanot yhdistetään toisiinsa. Näistä kaikista kokoonpanoista tein räjäytyskuvat. Kaikki osat räjäytettiin ja niille vedettiin yhdistysviivat. Räjäytyskuva selkeyttää huomattavasti Karhuntassu - pumppukuormaimen valmistusvaiheen kasaamista ja osien yhdistämistä toisiinsa. Räjäytyskuvista näkee selvästi mihin osat sijoittuvat ja missä järjestyksessä, kuten kuvista 9,10 ja 11 käy ilmi. Kuva 9. 200mm alikokoonpanon räjäytyskuva Kokoonpanovaiheessa täytyi valita sen keskeisin osa ja alkaa rakentaa Karhuntassua sen ympärille. Toin osia tai pieniä alikokoonpanoja yksi kerrallaan. Annoin heti osille ja alikokoonpanoille rajoitteet, mitoitukset ja reunaehdot, jotta osat tulisi-

23 vat heti oikeille paikoilleen. Mielestäni tämä vaihtoehto oli huomattavasti selkeämpi, kuin tuoda kaikki osat kerralla kokoonpanoon. Kuva 10. 150mm:n kokoonpanokuva Kuva 11. 150mm:n kokoonpanon räjäytyskuva

24 6.3 Valmistus-piirustusten luominen Piirustuksia luotiin joistakin osista ja kaikista kokoonpanoista (kuva 12). Osiin lisättiin kaikki mitat. Kokoonpanopiirustuksiin lisättiin ainoastaan Karhuntassu pumppukuormaimen päämitat. Piirustuksien luominen oli mielestäni helppoa ja nopeaa. Kuva 12. 200mm:n Karhuntassun piirustukset (mitoitus poistettu julkisesta versiosta)

25 7 YHTEENVETO Opinnäytetyön aiheena oli 3D mallintaa 150mm ja 200mm Karhuntassupumppukuormain Kartanokoneet Oy:lle. 3D mallinnus ohjelmana käytettiin Solid- Works mallinnusohjelmaa. Tavoitteena oli luoda selkeät ja helposti luettavat 3D osa-, kokoonpano- ja räjäytyskuvat sekä piirustukset. Karhuntassu - pumppukuormaimien mallintaminen onnistuikin hyvin, vaikka SolidWorks ohjelma oli minulle aivan uusi kokemus. Alun vaikeuksien jälkeen mallintaminen sujui yllättävän hyvin. Ohjelma tuli tutuksi ja piirtäminen luonnistui yllättävän hyvin. Erilaisia osia kertyi 150mm:n pumppukuormaimeen 46 osaa ja 200mm:n 45 osaa. Kummastakin Karhuntassu pumppukuormaimesta luotiin kokoonpano- ja räjäytyskuvat sekä piirustukset molempien kokoonpanokuvista. SolidWorks ohjelmassa on laajat työkalutoiminnot. Ohjelma vaatii aluksi paljon aikaa, jotta kaikki osa-alueet tulevat tutuiksi. Ohjelma on kuitenkin mielestäni yksi helpoimmista ja monipuolisimmista 3D ohjelmista mitä Suomen markkinoilla on. SolidWorks:n käyttö laajenee koko ajan ja moni yritys valitsee juuri tämän ohjelman käyttöönsä. Ohjelma oli minulle positiivinen kokemus, koska opin tuntemaan ohjelman hyvin. Uskon, että 3D-ohjelman hallitsemisesta on hyötyä minulle tulevaisuudessa työmarkkinoilla.

26 LÄHTEET Painetut lähteet: Tuotteen 3D- CAD- suunnittelu, Timo Laakko, WSOY, 1998 SolidWorks- tietokoneavusteinen suunnittelu, Esa Hietikko, Savonia- ammattikorkeakoulu, 2007 3D-mallintaminen suunnittelun apuvälineenä, Esa Tuhola & Kristiina Viitanen, Tammertekniikka, 2008 Internet: SolidWorks www.solidworks.fi luettu 9.5.2008 Kartanokoneet www.kartanokoneet.fi luettu 14.4.2008

LIITTEET 1. 150mm osia: nivellevy ja D50- tapinpääty 2. 200mm osia: putki ja kääntäjän päällylevy 3. Alikokoonpano 4. Kokoonpanokuvat 5. Räjäytyskuvat 6. Piirustukset (julkisesta versiosta mitat poistettu)

Liite 1

Liite 2

Liite 3

Liite 4

Liite 5

Liite 6